灯泡的亮度与功率大小不成比例，与以下几个因素有关
有关光（光度学）的几个基本概念0、前言
经常发现一些爱好者对对光度学的一些基本概念比较模糊，比如到底什么是亮度？衡量亮度的单位是什么？如何测量亮度？本文将试图以不失严格性 的情况下尽量通俗的回答这些问题，因此，文中列举了大量的例子，同时给出四个量之间的关系和转换算法，这也是大多数光学书里所没有的。光 度学与光相关的常用量有4个：发光强度、光通量、照度、亮度。这4个量尽管是相关的，但为不同的，不能相混。正像压力、重力、压强、质量是不同的 物理量一样。图：光度学测量仪器
1、发光强度（i、intensity），单位坎德拉，即cd。定义：光源在给定方向的 单位立体角中发射的光通量定义为光源在该方向的(发)光强(度)，
解释：发光强度是针对点光源而言的，或者发光体的大小与照射距离相比比较小的场 合。这个量是表明发光体在空间发射的会聚能力的。可以说，发光强度就是描述了光源到底有多“亮”，因为它是光功率与会聚能力的一个共同的描述。发光强度越 大，光源看起来就越亮，同时在相同条件下被该光源照射后的物体也就越亮，因此，早些时候描述手电都用这个参数。现在led也用这个单位来描述，比 如某led是15000的，单位是mcd，1000mcd=1cd，因此15000mcd就是15cd。之所以led用毫cd（mcd）而不直接 用cd来表示，是因为以前最早led比较暗，比如1984年标准5mm的led其发光强度才0.005cd，因此才用mcd表示，现在led都很厉害了，但还是沿用原来的说法。用发光强度来表示“亮度”的缺点是，如果管芯完全一样的两个led，会聚程度好的发光强度就高。因此，购买led的时候不 要一味追求高i值，还要看照射角度。很多高i值的led并非提高自身的发射效率来达到，而是把镜头加长照射角度变窄来实现的，这尽管对led手电有用，但 可观察角度也受限。另外，同样的管芯led，直径5mm的i值就比3mm的大一倍多，但只有直径10mm的1/4，因为透镜越大会聚特性就越好。之 所以用发光强度来表示手电或led，是因为在相同距离下对被照射地的照度是与这个成正比的。特别的说，距离1m的lx就是cd值。但是，很多场合下我们需 要照射面积大一些，所以只用发光强度这一特性还不能全面反应手电的能力。比如，同样的筒身，换个大头（大反光杯）则i值马上增大许多。因此，很多情况下我 们用光通量（单位流明，见下）来表示手电了。以上我们说“亮”和“亮度”时带了引号，是因为这是我们常规说的亮度，并非光度学严格意义上的亮 度，这一单位后面会展开。常见光源发光强度（cd）：
太阳，2.8e27
高亮手电，10000
5mm超高亮led，15
图：led的发光强度的测量，测量值不能转换成光通量lm。2、光通量（f，flux），单位流明，即lm。定义：光源在单位时间内发射出的光量称 为光源的发光通量
解释：同样，这个量是对光源而言，是描述光源发光总量的大小的，与光功率等价。光源的光通量越大，则发出的光线越多
对于 各向同性的光（即光源的光线向四面八方以相同的密度发射），则 f=4πi。也就是说，若光源的i为1cd，则总光通量为4π=12.56 lm。与力学的单位比较，光通量相当于压力，而发光强度相当于压强。要想被照射点看起来更亮，我们不仅要提高光通量，而且要增大会聚的手段，实际上就是减 少面积，这样才能得到更大的强度。要知道，光通量也是人为量，对于其它动物可能就不一样的，更不是完全自然的东西，因为这种定义完全是根据人眼对 光的响应而来的。人眼对不同颜色的光的感觉是不同的，此感觉决定了光通量与光功率的换算关系。对于人眼最敏感的555nm的黄绿光，1w=683 lm，也就是说，1w的功率全部转换成波长为555nm的光，为683流明。这个是最大的光转换效率，也是定标值，因为人眼对555nm的光最敏感。对于 其它颜色的光，比如650nm的红色，1w的光仅相当于73流明，这是因为人眼对红光不敏感的原因。对于白色光，要看情况了，因为很多不同的光谱结构的光 都是白色的。例如led的白光、电视上的白光以及日光就差别很大，光谱不同。至于电光源的发光效率，是另外一个相关的话题，是说1w的 电功率到底能转化成多少光通量。如果全部转换成555nm的光，那就是每瓦683流明。但 如果有一半转换成555nm的光，另一半变成热量损失了，那效率就是每瓦341.5流明。白炽灯能达到1w=20 lm就很不错了，其余的都成为热量或红外线了。测量一个不规则发光体的光通量，要用到积分球，比较专业而复杂。常见发光的大致效率（流明/瓦）
白炽灯，15
白色led，20
日光灯，50
太阳，94
钠灯，120
图：人眼对 不同颜色光的相对响应曲线，主线为正常的明视觉，左边的曲线是暗视觉曲线（比较暗的场合下）
图：用积分球测量led的光通量
图：典型白色led发光光谱3、光照度（e，illuminance），单位勒克斯即lx（以前叫lux）。定 义：1流明的光通量均匀分布在1平方米表面上所产生的光照度
解释：光照度是对被照地点而言的，但又与被照射物体无关。一个流明的光，均匀射到 1m2的物体上，照度就是1 lx。照度的测量，用照度表，或者叫勒克斯表、lux表。事实上，照度是最容易测量的了（相对其它三个量），照度表很便宜就可以买到（几百元）。为了保护 眼睛便于生活和工作，在不同场所下到底要多大的照度都有规定，例如机房不得低于200 lx。阳光下的照度是自然界里面很大的也很常见的了，为11万lx左右（自己实测）。我刚才测量了一下，房间是3.8mx6.5m，有12个20w的日光 灯管，桌面照度为400勒克司。常见照度（勒克司）：
阳光直射（正午）下，110,000
阴天室外，1000
商场内，500
阴天有窗室内，100
普 通房间灯光下，100
满月照射下，0.2
图：常见照度计
4、亮度（l，luminance），单位尼特，即nt。定义：单位光源面积在法线方向 上，单位立体角内所发出的光流
解释：这个是最容易被误解的概念了。亮度是针对光源而言，而且不是对点光源，是对面光源而言的。无论是主动发光的还 是被动（反射）发光的。亮度是一块比较小的面积看起来到底有多“亮”的意思。这个多“亮”，与取多少面积无关，但为了均匀，我们把面积取得比较小，因此才 会出现“这一点的亮度”这样的说法。事实上，点光源是没有亮度概念的。另外，发光面的亮度与距离无关，但与观察者的方向有关。说一个手电很“亮”，并不是 说该手电的亮度高（因为手电是没有亮度概念的），而是说其发光强度大，或者是说被它照射的物体亮。说一个星星（点光源）很亮，并非是说其亮度高，而是说其 星等高而已。亮度不仅取决于光源的光通量，更取决于等价发光面积和发射的会聚程度。比如激光指示器，尽管其功率很小，但可会聚程度非常高，因此亮度非常 高。常见发光体的亮度（尼特）：
红色激光指示器，20,000,000,000
太阳表面，2,000,000,000
白炽灯灯 丝，10,000,000
阳光下的白纸，30,000
人眼能习惯的亮度，3,000
满月表面，2,500
人眼能比较好的 分辨出颜色的亮度，1
满月下的白纸，0.07
无月夜空，0.0001
图：两款摄影用测光表，可以测量亮度
5、一个综合计算的例子。一个普通40瓦的白炽灯泡，其发光效率大约是每瓦10流明，因 此可以发出400流明的光。我们可以认为灯泡在空间上发光是均匀的，那么距离该灯泡1米处，其照度为400/12.56=32勒克司。其中12.56=4π，就是半径1米的球体的表面积（已经假设400流明的光是均匀分布在这个球体上的）。再假设被照射物体是某种绿色漫反射的，反射率是15%，那么，这 个绿色物体被照射后就成为被动发光的，其表面亮度是15%*32/π=1.5尼特。图：某公司的光度测量仪 器，高灵敏、高准确、多用途。